C++中的this指针、访问控制和构造函数

YRr YRr2024-03-19 23:17

C++中的this指针、访问控制和构造函数

this指针

在C++中，this指针是一个特殊的指针，它指向当前对象的地址。每个非静态成员函数（包括成员函数模板）都有一个this指针作为其隐含参数，这意味着在成员函数内部，this可以用来引用调用该成员函数的对象。this指针是自动传递给成员函数的，但在成员函数的参数列表中不可见。

this指针的用途

1. 明确成员访问

当局部变量（例如函数参数）的名称与类的成员变量名称相同时，可以使用this指针来区分它们，明确指出是对成员变量的访问。

cpp 复制代码 
class Example {
public:
    int value;
    void setValue(int value) {
        this->value = value; // 明确指出成员变量value
    }
};
2. 实现链式调用

this指针可以用于实现函数的链式调用。通过在成员函数的末尾返回*this，可以连续调用同一个对象上的其他成员函数。

cpp 复制代码 
class Example {
public:
    Example& setValue(int value) {
        this->value = value;
        return *this;
    }
    Example& doSomething() {
        // 操作
        return *this;
    }
};

Example obj;
obj.setValue(5).doSomething(); // 链式调用
3. 返回对象自身的引用或指针

在某些情况下，可能需要从成员函数返回调用它的对象自身的引用或指针，this提供了这种能力。

cpp 复制代码 
class Example {
public:
    Example* getThis() {
        return this; // 返回当前对象的指针
    }
};
4. 比较对象

this指针可以用于比较两个对象是否相同，即它们是否是内存中同一个对象的两个引用。

cpp 复制代码 
class Example {
public:
    bool compare(const Example& other) const {
        return this == &other; // 比较两个对象的地址
    }
};

注意事项

  • 在静态成员函数中不能使用this指针，因为静态成员函数不属于任何对象实例。
  • this是一个常量指针，不能修改它本身的值，即不能使this指向另一个对象，但可以修改this所指向的对象的成员。
  • 在构造函数和析构函数中使用this指针时需要小心，特别是在构造函数中，因为对象可能还没有完全构造完成。

总的来说，this指针在C++类的成员函数中自动可用，提供了一种访问调用函数的当前对象的便捷方式。

访问控制

在C++中，访问控制是面向对象编程的一个核心特性，它定义了如何访问类的成员（包括数据成员和成员函数）。访问控制旨在提高数据的封装性和安全性，通过限制对类成员的访问来防止外部代码随意修改对象的内部状态。

C++提供三种访问控制级别：public、private和protected，这些访问控制符可以用于类的成员变量和成员函数。

Public（公有）

  • public成员在任何地方都可以被访问，无论是类的内部还是外部。
  • 使用公有成员可以提供类的接口，允许外部代码通过这些接口与对象交互。

Private（私有）

  • private成员只能被其所在类的成员函数、友元函数和友元类访问。
  • 私有成员用于实现类的内部细节，隐藏类的实现，这是封装的一个重要方面。

Protected（受保护）

  • protected成员可以被其所在类的成员函数、友元函数和友元类访问，同时也可以被派生类访问。
  • protected访问控制符主要用于继承场景，允许派生类访问基类的成员，而不对外界公开。

访问控制与继承

在继承中，基类成员的访问权限在派生类中可能会有所变化，这取决于继承的类型（public、protected或private继承）：

  • 公有继承（public）：基类的公有成员和受保护成员在派生类中保持其原有的访问级别，基类的私有成员在派生类中不可访问。
  • 保护继承（protected）：基类的公有成员和受保护成员在派生类中都变成受保护成员，基类的私有成员在派生类中不可访问。
  • 私有继承（private）：基类的公有成员和受保护成员在派生类中都变成私有成员，基类的私有成员在派生类中不可访问。

示例

cpp 复制代码 
class Base {
public:
    int publicMember;
protected:
    int protectedMember;
private:
    int privateMember;
};

class Derived : public Base {
    void func() {
        publicMember = 1;    // OK: public成员在派生类中可访问
        protectedMember = 2; // OK: protected成员在派生类中可访问
        // privateMember = 3; // 错误: private成员在派生类中不可访问
    }
};

int main() {
    Base b;
    b.publicMember = 1; // OK: public成员在外部可访问
    // b.protectedMember = 2; // 错误: protected成员在外部不可访问
    // b.privateMember = 3;   // 错误: private成员在外部不可访问
}

总之，C++中的访问控制是实现封装和继承的关键机制，它帮助程序员定义类成员的可见性和可访问性，以确保对象的内部状态被适当地保护。

构造函数

在C++中，构造函数是一种特殊的成员函数，它在创建类的对象时自动调用，用于初始化对象。构造函数的主要目的是为对象的成员变量设置初始值，并执行任何必要的设置或分配资源的操作。

构造函数的特点

  1. 与类同名：构造函数的名称必须与类名相同。
  2. 无返回类型 ：构造函数没有返回值，也不声明返回类型，连void也不写。
  3. 可以被重载：一个类可以有多个构造函数，它们通过参数列表的不同进行区分。
  4. 自动调用：构造函数在创建类的新对象时被自动调用。

构造函数的类型

  1. 默认构造函数：不带任何参数（也可以是所有参数都有默认值）的构造函数。如果类中没有定义任何构造函数，编译器会自动生成一个默认构造函数（只在没有其他构造函数时）。

    cpp 复制代码 
    class Example {
public:
    Example() { /* 默认构造函数体 */ }
};

  2. 参数化构造函数：带有参数的构造函数，用于通过提供的参数初始化对象的成员变量。

    cpp 复制代码 
    class Example {
public:
    Example(int a, double b) { /* 构造函数体 */ }
};

  3. 拷贝构造函数：以同类的对象作为参数的构造函数，用于初始化一个对象为另一个同类型对象的副本。

    cpp 复制代码 
    class Example {
public:
    Example(const Example& other) { /* 拷贝构造函数体 */ }
};

  4. 移动构造函数（C++11引入）：以同类对象的右值引用作为参数的构造函数，用于实现对象的移动语义，而非复制。

    cpp 复制代码 
    class Example {
public:
    Example(Example&& other) noexcept { /* 移动构造函数体 */ }
};

构造函数的使用

  • 直接初始化：使用圆括号来初始化对象。

    cpp 复制代码 
    Example obj1; // 调用默认构造函数
Example obj2(5, 3.14); // 调用参数化构造函数

  • 拷贝初始化：使用等号和另一个对象来初始化新对象。

    cpp 复制代码 
    Example obj3 = obj2; // 调用拷贝构造函数

  • 列表初始化（C++11引入）：使用花括号来初始化对象。

    cpp 复制代码 
    Example obj4{}; // 调用默认构造函数
Example obj5{5, 3.14}; // 调用参数化构造函数

  • 移动初始化 ：使用std::move来强制调用移动构造函数。

    cpp 复制代码 
    Example obj6 = std::move(obj5); // 调用移动构造函数

注意事项

  • 当定义了其他构造函数时，编译器不再自动生成默认构造函数。如果需要，默认构造函数必须显式定义。
  • 拷贝构造函数和移动构造函数对于实现值语义和管理资源非常重要。
  • 在构造函数中使用初始化列表（而非在构造函数体内赋值）通常更有效，特别是对于引用和常量成员变量。

构造函数是C++面向对象编程中的一个基本概念，正确理解和使用构造函数对于创建稳定、高效的C++程序至关重要。

struct和class

在C++中，struct（结构体）和class（类）都是用户自定义类型的关键构建块，它们提供了数据封装的功能。尽管struct和class在很多方面非常相似，它们之间主要的区别在于默认的访问控制和继承类型。

默认访问控制和继承

  • struct 的成员默认是public的，而class 的成员默认是private的。这意味着，除非你明确指定访问级别，否则struct成员在外部是可访问的，而class成员则不是。
  • 当使用struct继承另一个struct或class时，继承默认是public的；而在class中继承另一个class时，继承默认是private的。

用法和语义

  • struct ：在C++中，struct通常用于定义简单的数据结构，其中主要包含数据成员而没有太多的函数成员（方法）。struct特别适用于当你想要打包一些数据在一起时，这与C语言中的struct用法类似。
  • class ：class则通常用于定义更复杂的数据结构，它不仅包含数据成员，还包含操作这些数据的成员函数。class是实现面向对象编程（OOP）概念（如封装、继承、多态）的主要工具。

示例

下面是一个struct和class的简单示例，以展示它们的基本用法：

cpp 复制代码 
struct Point {
    int x, y; // 默认public

    Point(int x, int y) : x(x), y(y) {} // 构造函数也是public
};

class Rectangle {
private:
    Point topLeft, bottomRight; // 默认private

public:
    Rectangle(const Point& tl, const Point& br) : topLeft(tl), bottomRight(br) {}

    void printCorners() { // 成员函数是public
        cout << "Top Left: (" << topLeft.x << ", " << topLeft.y << ")"
             << ", Bottom Right: (" << bottomRight.x << ", " << bottomRight.y << ")" << endl;
    }
};

int main() {
    Point p(0, 0); // 直接访问Point的成员变量
    Rectangle r(Point(0, 10), Point(10, 0)); // 通过构造函数初始化Rectangle
    r.printCorners(); // 调用Rectangle的成员函数
}

总结

尽管struct和class在C++中非常相似，两者都可以用来定义含有数据成员和成员函数的类型，但它们在默认访问控制和默认继承类型上有所不同。选择使用struct还是class取决于你的特定需求，以及你对类型成员的默认访问权限的期望。一般而言，如果一个类型主要用于存储数据，并且你希望其成员默认为公有，那么使用struct可能更合适；如果你需要更多的封装和面向对象的特性，那么class将是更好的选择。

示例代码

C++ 复制代码 
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

// 定义student类
class student {
private:
    string name; // 私有成员变量：学生的姓名
    double score; // 私有成员变量：学生的分数

public:
    // student类的构造函数
    // 当创建student对象时，此构造函数被自动调用以初始化对象
    student(string n, double s) {
        name = n; // 初始化姓名
        score = s; // 初始化分数
        cout << "构造函数\n"; // 打印构造函数被调用的消息
    }

    // 打印学生信息的成员函数
    void print() {
        // 使用this指针访问成员变量，打印学生的姓名和分数
        cout << this->name << " " << this->score << endl;
    }

    // 访问器函数：获取学生的姓名
    string get_name() { return name; }

    // 访问器函数：获取学生的分数
    double get_score() { return score; }

    // 修改器函数：设置学生的姓名
    void set_name(string n) { name = n; }

    // 修改器函数：设置学生的分数
    void set_score(double s) { score = s; }
};

int main() {
    // 创建一个名为stu的student对象，使用参数化构造函数初始化姓名和分数
    student stu("cz", 90);
    
    // 使用修改器函数更新stu对象的姓名和分数
    stu.set_name("Li ping");
    stu.set_score(78.5);
    
    // 调用stu对象的print函数打印更新后的学生信息
    stu.print();//print(&stu);

    // 使用访问器函数获取并打印stu对象的姓名和分数
    cout << stu.get_name() << " " << stu.get_score() << endl;

    return 0;
}
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